Wat is een consensusmechanisme? Zo worden blockchains het eens

Een consensusmechanisme (in het Engels consensus mechanism) is het geheel van regels dat een blockchain gebruikt zodat duizenden onafhankelijke computers het eens worden over welke transacties geldig zijn en in welke volgorde. Het vervangt de centrale autoriteit, zoals een bank, die normaal de boekhouding bijhoudt. Het consensusmechanisme van Bitcoin is proof of work en dat van Ethereum is proof of stake; ze lossen hetzelfde probleem op heel verschillende manieren op.

Wat is een consensusmechanisme?

Een consensusmechanisme is de methode die een gedecentraliseerd netwerk gebruikt om het eens te worden over één gedeeld overzicht: het gedistribueerde grootboek (distributed ledger). Elke node bewaart een eigen kopie van de blockchain, en het consensusmechanisme zorgt ervoor dat die kopieën gelijk blijven, ook als sommige deelnemers aan het netwerk offline, traag of oneerlijk zijn.

Zonder consensusmechanisme zouden twee problemen crypto onbruikbaar maken. Ten eerste zou iemand dezelfde munten twee keer kunnen uitgeven door ze tegelijk naar twee mensen te sturen. Ten tweede zou iedereen eerdere transacties kunnen herschrijven. Een consensusalgoritme bepaalt wie nieuwe blokken mag toevoegen, hoe andere nodes die controleren en wat er gebeurt als twee versies van de keten met elkaar concurreren. Het consensusalgoritme van elke blockchain legt die regels vast in code.

Informatici bestudeerden dit probleem in gedistribueerde systemen al lang voordat blockchaintechnologie bestond. Ze noemen het het probleem van de Byzantijnse generaals: hoe bereiken partijen die elkaar niet vertrouwen consensus als sommigen van hen kwaadwillend kunnen zijn? Het ontwerp van Bitcoin was het eerste praktische antwoord voor een open netwerk waaraan iedereen kan deelnemen.

Zo werken consensusmechanismen

Consensusmechanismen van blockchains werken door een regel voor de keuze van wie het volgende blok voorstelt te combineren met economische prikkels die valsspelen duur maken. Met dit validatieproces valideren blockchainnetwerken transacties zonder bank. De meeste volgen dezelfde basiscyclus:

1. Transacties worden verspreid. Je verstuurt crypto, en je transactie verspreidt zich over het netwerk.
2. Er wordt een blokproducent gekozen. Afhankelijk van het mechanisme is dat een miner die een rekenwedstrijd wint, of een validator die wordt gekozen in verhouding tot zijn stake.
3. Het blok wordt voorgesteld. De producent bundelt transacties in nieuwe blokken en deelt die.
4. Andere nodes controleren. Meerdere validators of nodes verifiëren de transacties: ze controleren handtekeningen, saldi en regels, en wijzen alles af wat ongeldig is, ook blokken van nepnodes.
5. Het netwerk is het eens. Zodra het netwerk consensus bereikt, worden geldige blokken aan de keten toegevoegd en verdient de producent een beloning.

De prikkels houden het geheel bij elkaar. Eerlijk gedrag levert beloningen op; oneerlijk gedrag kost stroom of vastgezette munten en levert niets op.

Proof of work vs proof of stake

Proof of work (PoW) en proof of stake (PoS) zijn de twee populairste consensusmechanismen. Het belangrijkste verschil is wat je op het spel moet zetten om blokken te valideren: rekenkracht bij proof of work, munten bij proof of stake.

Proof of work

Bij proof of work (PoW) concurreren miners om een getal te vinden dat het blok een hash geeft onder een doelwaarde. Dat getal vinden kost een enorm aantal pogingen; het controleren kost er één. Het netwerk past de moeilijkheidsgraad aan, zodat blokken in een constant tempo blijven komen. Om de geschiedenis te herschrijven, zou een aanvaller meer dan de helft van de rekenkracht van het netwerk nodig hebben, en op Bitcoin is zo’n aanval daardoor praktisch onbetaalbaar. De keerzijde is een hoog energieverbruik. Lees meer onder proof of work.

Proof of stake

In een proof-of-stake-systeem (PoS) zetten validators munten vast als onderpand en worden ze gekozen om blokken voor te stellen en te bevestigen. Als ze tegenstrijdige blokken ondertekenen of de regels breken, kan het protocol een deel van hun stake vernietigen. Proof of stake is veel energiezuiniger. Ethereum, het grootste netwerk voor smart contracts, stapte in september 2022 over van proof of work naar proof of stake, wat volgens de Ethereum Foundation het energieverbruik met meer dan 99% verlaagde. Lees meer onder proof of stake en validator.

Andere consensusmechanismen dan PoW en PoS

Andere consensusmechanismen passen deze ideeën aan voor snelheid, energiezuinigheid of controle. Elk maakt andere afwegingen tussen beveiliging, decentralisatie en schaalbaarheid.

• Delegated proof of stake (DPoS). Houders van munten stemmen op een kleine groep blokproducenten. Dat geeft een hogere transactiecapaciteit, maar de macht ligt bij een paar gekozen nodes. TRON en EOS gebruiken het.
• Proof of authority (PoA). Een kleine groep goedgekeurde validators met een bekende identiteit ondertekent de blokken. Het is snel en goedkoop, en komt veel voor bij private blockchains en testnetwerken, maar het vraagt dat je die validators vertrouwt.
• Byzantine fault tolerance (BFT). Practical Byzantine fault tolerance en zijn opvolgers laten een bekende groep nodes via stemrondes tot overeenstemming komen, zodat een transactie na elke consensusronde definitief is. Het netwerk blijft werken zolang minder dan een derde van de deelnemers defect of kwaadwillend is. Veel proof-of-stake-ketens gebruiken een stap in BFT-stijl om blokken definitief te maken.
• Protocollen voor een specifiek grootboek. De XRP Ledger gebruikt bijvoorbeeld een eigen consensusprotocol waarin vertrouwde validators het eens worden over elke versie van het grootboek, zonder mining of staking.

Nieuwere consensusmodellen mengen deze ideeën: Solana combineert proof of stake met een methode voor tijdregistratie die proof of history heet, en andere ontwerpen gebruiken opslagruimte of opslagcapaciteit in plaats van rekenkracht.

Waarom het consensusmechanisme voor jou belangrijk is

Het consensusmechanisme is voor jou belangrijk omdat het invloed heeft op hoe snel je stortingen binnenkomen, of je stakingbeloningen kunt verdienen, hoeveel energie je crypto gebruikt en hoe moeilijk het netwerk aan te vallen is.

Stortingstijden. Als je voor € 200 aan bitcoin naar een exchange stuurt, wacht de exchange op meerdere bevestigingen voordat die het bedrag bijschrijft, omdat blokken bij proof of work pas moeilijk terug te draaien zijn naarmate de overeenstemming in het netwerk groeit met elk blok dat erbovenop komt. Proof-of-stake-ketens met snelle finaliteit schrijven meestal sneller bij.

Staking. Alleen proof-of-stake-munten kun je staken. Als je via een exchange voor € 1.000 aan ETH staket, draait de exchange validators voor je, houdt die een deel van de beloningen in als vergoeding en kan die je munten een tijd vastzetten. Vergelijk opties in onze lijst van stakingplatforms, en onthoud dat de beloningen in de munt worden uitbetaald, waarvan de koers in euro’s kan dalen. In sommige EU-landen, zoals Duitsland, gelden stakingbeloningen als belastbaar inkomen op het moment dat je ze ontvangt.

Informatie onder MiCA. De cryptowet van de EU verplicht cryptoplatforms met een vergunning om informatie te publiceren over de gevolgen voor milieu en klimaat van het consensusmechanisme achter de digitale activa die ze aanbieden. Zo kun je een proof-of-work-munt vergelijken met een proof-of-stake-munt voordat je koopt.

Valkuilen om op te letten

Een consensusmechanisme is maar zo sterk als het netwerk dat het draait. Kleine proof-of-work-munten kunnen te maken krijgen met 51%-aanvallen, waarbij iemand genoeg rekenkracht huurt om transacties terug te draaien, en exchanges zijn op die manier geld kwijtgeraakt. Kleine proof-of-stake-munten kunnen in handen zijn van een handvol grote houders of van het projectteam. Controleer voordat je een minder bekende munt koopt hoeveel onafhankelijke validators of miners die munt beveiligen.

Conclusie: het consensusmechanisme in het kort

Elke blockchain heeft een manier nodig om het in een gedecentraliseerde omgeving eens te worden over de waarheid, zonder centrale autoriteit, en het consensusmechanisme is die manier. Proof of work koopt beveiliging met energie; proof of stake koopt die met vastgezette munten. Weet je welke een munt gebruikt, dan weet je hoe die beveiligd is, hoe snel transacties definitief zijn en of je hem kunt staken.

Verwante begrippen

• Proof of work
• Proof of stake
• Validator
• Mining
• Node